CN1292701C - 具有改进光学界面的无创伤血液分析物测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一项无创伤的测定分析物，尤其是血液中的血液分析物浓度的方法。本方法利用光谱学分析技术设备(30)进行分析，同时在含有待分析血液的皮肤或组织表面(12)与探头(11)之间有一个改进的光学界面。进行光谱分析时在皮肤表面和传感器探头之间采用折射率匹配的介质(22)，以提高两者之间的界面状况。在一个优选的实施方案中，血液分析物浓度的定量计算是通过对一个模型进行部分最小二乘法分析而得到的，该模型是通过采用对多于一个的已知血液样品进行分析而建立的。

Description

具有改进光学界面的无创伤血液分析物测定方法

本申请是申请号为08/844,501的美国专利申请的部分继续申请，该专利申请提交于1997年4月18日，题目为《具有改进光学界面的无创伤血液分析物测定方法》，该专利申请已于1998年10月20日授权给与本专利申请相同的受让人，美国专利号为5,823,951。

                      技术领域

本发明主要涉及一种利用光谱学方法无创伤地检测血液分析物，尤其是葡萄糖浓度的方法。更为具体地说，此方法采用了一个改进的输入光学界面，对生物组织进行至少有几个不同波长的红外光能照射；以及采用了一个改进的输出光学界面用于接收未被样品吸收的红外辐射，检测生物样品的吸收差异性，从而确定分析物浓度。折射率匹配的介质是上述经过改进的光学界面的一个关键组成部分。

                      发明背景

对一种准确的、无创伤的测定病人血糖水平方法的需求已经被充分论述过。Barnes等人(美国专利5,379,764号)公开了对糖尿病病人血糖水平进行频繁监控的必要性。人们进一步认识到对病人血糖水平进行分析得越频繁，病人血糖水平发生大规模波动的可能性就越小。血糖水平的大规模波动与糖尿病的许多症状和并发症有关，其长期作用会导致心脏病、动脉硬化、失明、中风、高血压、肾脏衰竭和过早死亡。如下所述，目前已经有一些系统被建议用于无创伤地检测血糖水平。不过，除去这些努力外，就目前市场上能够买到的家用血糖监测仪的使用方式而言，用刺血针切破手指仍然是取得血液样本的必需手段。因此，对于糖尿病病人来说，目前几乎还没有任何一种方法能够实现对糖尿病非常有效的监控。

下面分别讨论的各种被建议可用于无创伤检测血糖水平的方法，一般都是利用定量红外光谱作为分析检测的理论依据。红外光谱分析技术测定的是某种物质吸收的不同波长电磁辐射(0.7-25μm)。物质分子彼此之间并不是固定不动的，而是在一个平均距离内往复振动。吸收合适能量的光强可以使分子激发到更高的振动能级。分子激发到更高振动能级的过程仅发生在几个特定不连续的能级上，这些能级是具有分子特异性的。基本的振动状态一般都位于中等红外波长区域(即2.5-25μm)。不过，在这个波长区域内进行血液分析物的无创伤测定即使可能，也是存在问题的，因为水对该波长范围的红外光波存在吸收，会干扰分析结果。这个问题可以通过使用不会被水干扰的更短波长的红外光波来解决。基本振动状态的谐波也存在于更短的波长范围中，因而可以在这些波长条件下进行定量分析。

人们已经知道葡萄糖在光谱的中红外区域和近红外区域的多重频率都有吸收。不过，血液中还存在其他与葡萄糖吸收频率相似的红外活性物质，由于这些吸收波段的交叉现象，单一或特定的频率不能被用来进行可靠的无创伤葡萄糖测定。因而，葡萄糖测定中的光谱数据分析就要求测定一个较宽的光谱范围内多点的光谱强度，以达到定量分析所要求的灵敏度、准确度、精确度和可靠性。除了吸收波段的交叉问题，葡萄糖的测定还由于葡萄糖在血液中按重量计属于微量组分而变得更为复杂，所得到的光谱数据往往显示出非线性特征，这是由于测量物质本身的特性和/或光学仪器本身固有的非线性引起的。

无创伤葡萄糖测定技术的一个更进一步的共同要素是需要一个光学界面，该界面位于待测身体部分的测量位置表面和分析仪器的传感器元件之间。一般地，传感器元件必须包含一个用于以红外光能照射取样点的输入构件。传感器元件还必须包括一个用于测定由于输入部分照射导致样品透过或反射的不同波长的红外光波的输出构件。

Rebinson等人(美国专利4,975,581)公开了用于测定生物样品中的未知值的特性的方法和装置，他们使用了红外光谱分析和一个多变量模型相结合的方法，该模型经验性地来源于一系列特征值已知的生物样品的光谱分析结果。上述的特性主要是指分析物，例如葡萄糖的浓度，但也可以是样品的任一物理或化学属性。Robinson等人的方法包括校正步骤和预测步骤两步过程。在校正步骤中，红外光能结合到已知特征值的校正样品中，用于在红外辐射中产生至少几个波长的差异扰动，并将这种扰动作为组成已知特征值样品的不同组分和分析物的一个函数。红外光通过照射样品或被样品反射从而结合到样品中。样品对红外线的吸收导致光强的变化，这种变化是光波波长的函数。测定一系列已知特征值的校正样品的光强变化，这种变化至少存在于几个波长值处。原始的或改变的光强变量通过用多变量算法获得的一个多变量校正模型经验性地与校正样品的已知特征值相关联。在预测步骤中，红外线与特征值未知的样品相结合，然后将由未知样品测量得到的准确波长的原始或改变的光强变量代入到校正模型中计算未知样品的特征值。预测步骤的结果是未知样品的特征值的估计值。Robinson等人的发现在此作为参考被引入本申请中。

Robinson等人公开的实施方案中有一部分是无创伤的方案，这些方案采用了具有传感器元件的光学界面。如Robinson等人在图5和6中所示，所采用的光学界面包括第一输入构件和第二输出构件两个部分。输入构件是一个红外或近红外光源。输入构件与含有待测血液的样品或身体部位之间的界面的作用包括通过空气将光能透射或传播到皮肤表面。输出构件包括一个可以接收透射或反射的光能的检测器。输出构件与样品的界面的作用也包括将从皮肤透射或反射光能通过空气传播。

Barnes等人(美国专利5,379,264号)公开了一种分析葡萄糖浓度的光谱学方法。该方法将近红外辐射作用于待测部位，其辐射包括大多数的波长，然后检测经过待测部位吸收作用后发出的辐射。所公开的方法包括对实验数据进行预处理以减小偏差和漂移的影响，从而得到经过修正的辐射值的大小。

Barnes等人公开的方法中所采用的传感器元件包括一个双重导管的光导纤维探头，该探头与肌体皮肤接触或接近。双重导管探头中的第一导管作为输入构件在接触时将近红外辐射传递到皮肤表面，双重导管探头中的第二个光导纤维探头作为输出构件将反射的或未吸收的能量传递回一个光谱分析器。传感器元件和皮肤间的光学界面由皮肤表面和探头的简单接触构成。它可以根据探头和皮肤的接触程度将光能通过空气传到皮肤表面以及将光波通过空气传回探头，皮肤表面和测量点的不规则性会影响接触的程度。

Dahre等人(美国专利4,655,225号)公开了一种使用近红外光谱无创伤性地将近红外光能通过待测对象的手指或耳垂进行测量的技术。在该技术中也讨论了从组织深部反射近红外光能的应用。得到的两种不同波长的响应可用于定量计算葡萄糖浓度。一种波长用于确定本底吸收，另一种波长用于确定葡萄糖浓度。

Dhne等人公开的光学界面包括一个传感器元件，该元件有一个输入构件，采用直接光能传播装置将光线经空气透射到皮肤表面。由肌体组织透射或反射的光能通过一个输出构件接收，用于测量吸收情况。输出构件界面的作用包括将反射或透射的光能经由空气传递到检测器构件。

Caro(美国专利5,348,003号)公开了通过使用时间调制的多波长电磁能作为激发光源的方法。通过将得到的单位路径长度光学吸收的波长依赖性和校正模型相比较，从而得出介质中分析物浓度。

Caro公开的光学界面包括一个传感器元件，该元件有一个输入构件，将光能通过聚焦装置传递到皮肤表面。聚焦装置的位置可以在接近或接触皮肤处。传感器元件还包括一个输出构件，该构件包括光学收集系统，该系统可以在与皮肤表面接近或接触处接收透过组织的光能。同样，部分光能由于未与传感器接触以及皮肤表面的不规则性而导致通过空气到达皮肤表面后直接传回到输出构件。

组织和仪器之间的光学界面存在的问题已经被认识到。尤其是与光波耦合进出组织相关的问题在Ralf Marbach于1993年发表的一篇的名为《MeBverfahren zur IR-spektroskopishen BlutglucoseBestimmung》(英文译名为《Mesurement Techniques for IRSpectroscopic Blood Glucose Determination》)的论文中有充分论述。

Marbach论述了测量嘴唇的漫反射光能所需要的光学附件的要求：

1)高的光学“通量”，用于优化光谱的S/N比例。

2)抑制对皮肤表面Fresnel或镜面反射的不敏感性。

Marbach建议的测量附件试图通过使用半球状浸入透镜以满足上述两种需求。该透镜是用一种折射率与组织非常接近的材料CaF₂(氟化钙)制成。据Marbach所述，使用浸透镜进行测量的重要优势在于CaF₂的折射率与皮肤几乎完全一样，因而成功地抑制了Fresnel反射。

然而，CaF₂并不是一个理想的与皮肤的折射率匹配的匹配物，其折射率为1.42，而组织为约1.38。因此，即使透镜和组织完全接触，它们之间也会发生折射率的不匹配现象。而取样附件的光学效率会因为组织表面粗糙造成的界面之间不完全接触而进一步降低。结果是当光线从透镜(N＝1.42)穿过空气(N＝1.0)再到组织(N＝1.38)时，会产生显著的折射率不匹配现象，组织表面内在的的粗糙性会在镜头和组织间产生小气泡，从而降低系统的光学通量，导致测量附件的效能降低。

由折射率不匹配产生的问题的严重程度是一个复杂的问题，首先，本应用于光谱分析的光线的一部分由于界面的不匹配而被反射到输入或收集系统中而没有作用于样品，其影响可由Fresnel公式计算如下：

$R=\frac{{(N^{\′}-N)}^2}{{(N^{\′}+N)}^2}$

对于一般情况下的随机偏振光来说，N和N’分别为两种介质的折射率。空气/CaF₂界面的R＝0.03，即3％反射率。该界面要被穿过2次，就会导致6％的光线未作用于样品就被反射。这些界面不匹配的作用效果是相乘的。然后还需要考虑进入组织内部的那部分光强。在光谱的部分区域，例如，在一个强的水吸收带，几乎所有的透射光线都被组织吸收掉了。这样的结果是由于折射率不匹配产生相对较小的部分反射光会混淆从样品中所期望得到的信号。

最后，需要考虑光线试图从组织中穿出时的临界角效应。组织是高度分散的，以普通入射角射入组织的光线在射出组织时可能会以一个大的入射角到达界面。如果耦合透镜没有和组织充分接触，那么这些大入射角的光线就会损耗在内部全反射上而无法射出。临界角或内部全反射点的定义公式如下：

${\mathrm{\Θ}}_c={\sin }^{-1}\left(\frac{N}{N^{\′}}\right)$

当光线穿过一个高折射率物体，如组织(N’＝1.38)并到达与一个低折射率物体如空气(N＝1.0)的界面时，就会发生临界角内部全反射现象。以大于临界角的角度到达上述界面的光线将无法进入低折射率介质(空气)中，而是全部被反射回组织内部。在上述的组织/空气界面上，临界角为46.4度，没有比折射角更为倾斜的光线可以射出。因此，起始时的光学充分接触对有效地收集组织中射出的光线是非常关键的。

如上面所描述的，每种现有的用于无创伤测定葡萄糖浓度的设备都利用了一个传感器元件。每一个传感器元件都包括一个输入构件和一个输出构件。每个设备在输入构件、输出构件与待测组织皮肤表面之间的光学界面都是类似的。在每一个个例中，输入的光能都是直接通过空气或者通过输入传感器和皮肤表面接触而产生的气体层间接地通过空气到达皮肤表面。同样地，输出传感器接收的透射或反射光能也是直接通过空气或者通过传感器元件和皮肤表面接触而产生的气体层间接地通过空气传到输出传感器，即使尽力使输出传感器和皮肤紧密接触也是如此。一般认为现有技术中所公开的光学界面会影响使用现有技术中方法和仪器测量得到的数据的准确性和稳定性，因而使上述无创伤检测葡萄糖浓度的方法的准确性大打折扣。

Wu等人(美国专利5,452,723号)公开了另一种对组织样品进行光谱分析的方法。该方法包括测量漫反射光谱和另一种特定光谱，比如荧光光谱。然后将其与漫反射光谱进行调整。Wu等人断言这个步骤降低了样品间的差异性。他们公开了使用光导纤维作为输入设备，将光导纤维弯曲到一个准确的角度，使得来自光导纤维的入射光能够接触到光学耦合介质的一个平整表面。光学耦合介质与组织的折射率相当，因而导管与组织在界面上很少甚至没有镜面反射发生。Wu等人选一步公开了该导管可用于与组织接触或无接触两种模式。在接触模式下，导管末端放置于和组织直接接触的位置，以达到折射率的光学匹配。因此，Wu等人所用的光学耦合介质就是光纤的固体末端部分。Wu等人进一步公开了该导管还可用于无接触模式，在该模式下导管末端和组织间的间隙可以用折射率匹配的流体进行填充，以防止发生镜面反射。在Wu等人的论述中，对该流体的唯一要求准则是折射率的匹配，以防止镜面反射。但这只是用于血液分析物光谱分析的优化光学界面一个方面。

因此，对于使用改进的光学界面进行无创伤测量血液种葡萄糖浓度需要一套相应的方法和装置。该光学界面应该能够得到可重复的结果，以便于通过模型，例如Robinson等人的模型准确地计算出分析物浓度。该光学界面应该使由光源进入组织的入射光强和由组织返回输出传感器的出射光强尽可能最大。由于皮肤表面不规则或其他污染物产生的空气间隙造成的不利影响应该能被减少甚至消除。另外还要提供装置以保证使用者每次使用该仪器进行分析时都实现了该优化的界面。

本发明论述了这些要求以及目前利用红外光谱和相应光学界面进行无创伤血糖浓度分析方法中存在的其它问题，本发明也提供了与现有技术相比的优势所在并且解决了与其相关的问题。

                      本发明概述

本发明是一种无创伤测定某些分析物尤其是人体组织中葡萄糖浓度的方法。本方法利用光谱分析技术并结合一个改进的光学界面，该界面位于传感器探头和含有待测组织的肌体皮肤表面或组织表面。

无创伤测定血液中葡萄糖含量的方法首先包括提供一台测量含有待分析物组织的红外吸收的装置，该装置一般包括三个构件，一个能量来源，一个传感器元件和一个光谱分析仪。传感器元件包括一个输入构件和一个输出构件。输入构件通过第一透射红外光能装置有效地连接到光源上。输出构件通过第二透射红外光能装置连接到光谱分析仪上。

在优选的实施方案中，输入和输出构件组成透镜系统，该系统将传递到样品和由样品反射或透射的红外光能进行聚集。在一个优选实施方案中，输入和输出构件组成一个单透镜系统，同时用于红外光能由光源的输入和分析物样品扩散反射和镜面反射光能的输出。可以选择地，输入和输出构件可以组成一个双透镜系统，两个透镜分别置于含有分析物的样品正反两面。其光源的光能传递到输入构件，而穿过到含有分析物品的光能通过输出构件到达光谱分析仪。

在优选方案中，第一透射红外光能装置仅包括将红外光源放置于输入构件附近，使光能从光源经由空气传到输入构件。另外在优选方案中，第二透射红外光能装置最好包括单平面镜或平面镜系统，将由输出构件传出的光能经由空气定向到光学分析仪。

在本发明的实际操作中，选取含有待分析物的组织区域作为分析点。该区域可以包括手指的皮肤表面，耳垂，前臂或其他任何的皮肤表面。含有分析物的组织的取样区域最好包括位于表皮附近的血管和相对光滑的皮肤区域。前臂内侧就是一个优选的取样位置。

将一定数量的折射率匹配的介质或流体置于待分析的皮肤表面。此处所述的折射率匹配流体选择为是用于优化红外光进入组织的过程，减少镜面反射光能以及有效地将出射光导出组织。该介质或流体最好含有某种添加组分，该添加组分可以确保合适的流体与皮肤表面进行恰当的耦合，从而保证测试数据的完整性。折射率匹配介质应该优选为无毒性的，在近红外区域光谱信号最小，这样对与待测分析物相关的波长吸收最少。在优选实施方案中所用的折射率匹配介质的折射率约为1.38。另外，该介质的折射率在整个组成中应该是一致的。折射率匹配介质的组成如下所述。

将包括输入构件和输出构件的传感器元件与折射率匹配介质相接触，也可以先将折射率匹配介质置于传感器元件上，然后再将传感器元件与皮肤相接触，使折射率匹配介质位于两者之间。通过这种方式，就可以使输入和输出构件通过折射率匹配介质同时和含待分析物组织耦合，这样可以消除通过皮肤表面不规则产生的空气间隙或气泡所消耗的光能。

在分析含分析物组织中的葡萄糖浓度时，光源产生的光能通过第一透射红外光能装置传递到输入构件。然后光能通过折射率匹配介质由输入构件传到皮肤表面，接触到含有分析物样品的光能的一部分被样品中位于不同深度的各种组分和分析物进行差异性吸收。部分光能也可以透射过样品。不过，也有一定数量的光能被反射回输出构件。在一个优选的实施方案中，未吸收或未透射的光能通过折射率匹配介质被反射到输出构件。这些反射的光能包括漫反射光能和镜面反射光能。镜面反射光能是那些由样品表面反射的光能，这些光能很少或不含有分析物信息，而漫反射光能是那些从含有待分析物的样品深部反射的光能。

在优选的实施方案中，镜面反射光能与漫反射光能是分离的。未被吸收的漫反射光能通过第二透射红外光能装置到达光谱分析仪。如下所述，光学分析仪优先通过计算机利用测量到的光强、校正模型和多变量算法产生一个结果的预测值。

用于将镜面反射光能从扩散反射光能中分离出来的仪器优选为一台镜面反射控制仪，该仪器在待审查，且与本申请有共同受让人的，申请号为08/513,094的专利申请中被公开，该申请提交于1995年8月9日，题目为“Improved Diffuse Reflectance MonitoringApparatus”，该专利申请已于1997年6月10日被授予成为正式专利，美国专利号为5,636,633。上述专利的公开内容在作为参考被引入本申请中。

在一个可选的实施方案中，输入构件和第一待测部位皮肤表面的第一数量的折射率匹配介质相接触，而输出构件则和待测部位背面皮肤表面的第二数量的折射率匹配介质相接触。折射率匹配介质同样也可以在和皮肤接触之前先置于输出和输入构件表面，这样测量时介质也是位于测量元件和皮肤表面之间。在这个可选的实施方案中，通过输入构件和第一数量的折射率匹配介质传播过来的红外光能被含有分析物的组织特异性吸收或反射，而一定数量不同波长的红外光能可以通过该组织到达背面或第二皮肤表面。然后这些未被吸收的光能从第二皮肤表面穿过第二数量的折射率匹配介质到达输出构件，进而传到光谱分析仪中进行分析物浓度的计算。

本发明所用的折射率匹配介质是提高上述方法的精确性和可重复性的一个关键。折射率匹配介质优选的是含有氯氟烃的组合物，该组合物也可含有全氟化碳。一种优选的折射率匹配介质是由OxidantChemical公司生产的氟氯化碳氢化合物高聚物油，商品名是FLUOROLUBE。

我们发现本发明所使用的折射率匹配介质可以优化人类组织中血液分析物的分析过程。它可以有效的将入射光导入待测组织，减少镜面反射光，并能够将被含有待测物区域漫反射的出射光有效地导出到输出构件中。这就需要选择一种合适的折射率匹配介质，该介质不仅要有合适的折射率，而且要对与待测物分析相关的红外波长吸收最小。因此，本发明优选的折射率匹配介质对光谱近红外区域的光能吸收很少或基本不吸收。

在优选的实施方案中，本发明所用的折射率匹配介质还包含有一种诊断添加组分。该折射率匹配流体中的诊断添加组分可以用于确定流体层的高度和/或对仪器进行波长校正。这些添加组分可以在每次利用本发明的设备进行试验时，用于进行透镜/组织界面系统的性能和仪器性能表现的评估。这些诊断添加组分可以占整个流体重量的0.2％～20％。在一个可选的实施方案中，折射率匹配介质和诊断添加组分包含有可以行使两种功能的同一种化合物。

本发明所使用的折射率匹配介质也可以包含有生理性的添加组分，用于强化或改变待测组织的生理状态。特别地，优选的生理性添加组分包括血管扩张剂，用于降低毛细血管中葡萄糖浓度和皮肤细胞间隙中葡萄糖浓度之间的平衡时间，从而可以得到一个更准确的血糖浓度数值。生理性添加组分可以占整个流体重量的0.2％～20％。

该介质也可以含有其它添加组分，比如异丙醇一类的亲水性添加组分。亲水性的组合物被认为可以和皮肤表面的水汽结合，从而改善流体和皮肤之间的界面状况。进一步地，折射率匹配介质中可以含有结合待测皮肤表面的油脂的去污剂，以减小其负面作用。最后，在流体组分中还可以含有表面活性剂，用于提高组织的湿润程度，以形成一个统一的界面。另外，在折射率匹配介质中也可以加入防腐剂。

在本发明的一个可选实施方案中，光学传感器元件和组织之间的折射率匹配可以通过一种可变形的固体来实现。这种可变形的固体材料可以通过改变其形状以减小由于皮肤表面不平整产生的空气间隙。可变形固体材料的组成可至少包括凝胶、胶布带和可随时间改变形态的物质，这种物质在使用时是液态，经过一定时间后则变成固态。

优选的折射率匹配介质的折射率应介于1.30～1.45之间，最好在1.35-1.40之间。已发现使用折射率位于上述范围内的折射率匹配介质可以提高光学通量，降低与分析物浓度无关的光谱波动，从而提高上述方法的准确性和可重复性。进一步地，该折射率匹配介质的折射率要有高的均一性。例如，不能够存在气泡而使光路发生改变。

在一个优选的实施方案中，组织中葡萄糖浓度的确定首先是通过测量输出构件接收到的红外光强，然后将这些测定的红外光强和一个校正模型结合，利用多变量算法预测组织中葡萄糖的浓度。校正模型经验性地将一系列葡萄糖浓度已知的校正样品的浓度数值和测量上述样品得到的光强变化量联系起来。在一个优选的实施方案中，所使用的多变量算法是部分最小二乘法，也可以选用其他的多变量算法。

使用折射率匹配介质将光学传感器的输入构件和输出构件同皮肤表面耦合起来减少了得到异常数据的可能性。折射率匹配介质提高了测定过程的可重复性和精确性。输入和输出的红外光能由于通过空气或皮肤表面不平整造成的空气间隙而产生的不利影响被大大减弱。

本发明的上述和其他的优点以及新的特性作为本发明的特征在权利要求中有详尽的说明。不过，为了更好地了解本发明及其优点和使用所能达到的目标，需要结合作为组成部分的附图对本发明进行进一步地说明，这些描述性内容包括了本发明所介绍的优选实施方案。

                      附图简述

在附图中，几个视图上的相同参考数字显示了本发明的优选实施方案中的相应组成部分或构件。

图1是一个传感器元件通过折射率匹配介质耦合到皮肤表面的局部剖视图；

图2是在一个可选的实施方案中，传感器元件通过折射率匹配介质耦合到皮肤背面的局部剖视图；

图3是得到的试验数据作图结果，显示了通过折射率匹配介质将传感器耦合到皮肤表面对试验精确性和可重复性方面的提高。

               优选实施方案的详细描述

下面公开了本发明的实施方案的详细内容。应该理解的是，所公开实施方案具有典型性，但本发明不只局限于所公开的实施方案，还可以应用于其他不同的系统。因此，此处公开的具体细节不应该被理解为是限制性条件，而是权利要求的基本根据和指导他人在该领域内实践本发明的代表性原则。

本发明涉及一种利用光谱学技术无创伤测定组织组分的方法。人们已经发现待测样品是一种组分复杂的基质，由各种折射率和吸收特性不同的物质组成。更进一步地，由于所关心的血液组分往往浓度很低，因此必须使进入和射出待测组织的光能得到有效的利用。本发明采用的方法是采用一种折射率匹配介质、流体或可变形固体，以提高进入和射出待测组织光能的利用效率。

本发明利用近红外区域的光能作为能量来源进行分析。水对近红外区域的光能吸收的贡献是最大的，因为它是组织中最大的组成部分，而且其吸收系数也很大。人们已经发现组织总的吸收光谱与水的吸收光谱非常类似，例如只有不到0.1％的光能吸收是来自于其他组分，如葡萄糖。人们进一步发现，在一个典型的组织样品中，存在着很多的折射率不连续现象导致光能被大量散射掉。充满于组织之间的水的折射率为1.33，细胞壁和其他的组织结构的折射率介于1.5～1.6之间。这种折射率的不连续现象加强了光能的散射。不过，尽管这种折射率不连续现象时常发生，但它们的作用程度不大，而且这种散射一般有很强的沿着光路向前的方向性。

这种向前的散射被称为各向异性，其定义为平均散射角的余弦值。因此，对完全逆散射而言就意味着散射中光子的传播方向都会逆转180度，其各向异性因子为-1。同样，对于完全向前散射而言，各向异性因子为+1。在近红外区，组织的各向异性因子一般为0.9～0.95，即基本上为向前散射，例如，各向异性因子为0.9代表当一个光子穿过样品组织时仅仅散射25度。

在对组织中的分析物进行分析时，测定过程可以通过至少两种不同的模式进行。一种是测定透过某部分组织的光强，或另一种是测定被组织反射的光强。人们一般认为由于光线穿过组织时存在向前散射现象，因此测定透射光强是一种比较好的分析方法。然而在实际应用中，很难在肌体上找到足够薄的部分能够使近红外光尤其是波长较长的红外光穿过。因此本发明优选的测定方法是测定由样品反射的光强。

光子在通过的介质折射率不连续的情况下会发生反射和折射，因此，当光线射到组织表面上就会有一小部分在组织表面被反射掉，这种现象被称为镜面反射。由于这部分光线并没有进入组织，因此其中基本上不含有关于组织组分的信息。这种情况对于生理状态下的皮肤更是如此，因为在正常生理状态下皮肤表面有一层死细胞组成的外层，其中不含所关心的待测分析物的浓度值信息。因此，含有待测分析物信息的反射光能是那部分由于组织内部的折射率不连续而由组织深处反射到皮肤表面来的光能。这部分光能被称为漫反射光能。

申请人发现入射光子中的很大一部分被组织吸收掉了。能够从组织内部反射回来的光子最好改变它们的角度。实际上，根据定义，光子必须改变方向才能够以朝着入射透镜的方向射出。但是申请人发现，在检测时存在的一个很大的问题，该问题与组织的平均折射率和组织外空气折射率的不连续性有关。已经发现，这种不连续性作用于入射光仅会使小于5％的入射光发生折射和镜面反射。然而，对于出射光，这种不连续现象会提高发生临界角现象的可能性。因为此时光子是从高折射率的介质进入低折射率的介质，发生临界角现象后光子将在组织内部反射，无法射出组织样品。通过计算可得，光子由组织进入空气的临界角约为46度，这造成了一个问题。正常入射的光子必须偏离一个大的角度后才能射出。由于散射存在向前方向性，上述要求很难达到，光子往往以切向角度或很大的入射角到达组织和空气的界面。以切向角度到达界面的光子由于大于临界角将无法射出。

申请人发现了对于光线从组织射出进入分析仪器时存在的折射率差异的一个解决方法。这种方法就是通过使用一种浸入性流体，该流体在所关心的光谱范围内吸收很小，具有良好的流动性、覆盖性和粘度，同时其折射率与组织相匹配。在优选的实施方案中，优先选取的折射率匹配介质在与待测血液分析物相关的波长范围内吸收很少或几乎没有吸收。这样流体在期望的波长上没有光谱学活性。不过，一般认为一种吸收很小，比如对分析相关的光波吸收不超过10％的折射率匹配流体也可以被使用。优选的材料是由Occidental Chemical公司生产的一种氟氯化碳氢化合物多聚体油类，其商品名为FLUOROLUBE。FS5是一种优选的FLUOROLUBE。这种油类的折射率为1.38左右，无毒性，而且申请人发现其在近红外区域的光谱吸收特征很小。

参看图1和图2，图中示出了两个优选实施方案的局部剖视图，这两个方案中使用了无创伤血液分析物浓度测定装置。图1和图2都是示意性的描述了将一种折射率匹配介质22和一个无创伤传感器元件11连接到一个光源16和一个光谱分析仪30上。相关的体积、形状和具体的物理组成并未列出。

图1和图2中所描述的装置主要包括3个组成部分：一个光源16，一个传感器元件11和一个光谱分析仪30。图1的实施方案中描述的传感器元件包括一个输入构件20和一个输出构件26，两者共用一个透镜系统用于输入和输出光能。输入构件20和输出构件26与含有待测分析物的组织10的同一皮肤表面12相接触。图2中可选的实施方案描述了传感器元件11的另一种可能的结构安排，即输入构件20和输出构件26分别位于含有待测分析物的组织10的相对两面12和14。两种实施方案的作用都是测量含有待测物的组织10对红外光能的吸收。不过，图1中的实施方案用来测定被组织10中的分析物反射的红外光强，相反地，图2中的实施方案测定的是透过含有待测物的组织10的红外光强。在任意一种实施方案中，样品对不同波长红外光波的吸收可以通过与光源16发射的光能强度相比较来确定。

光源16优选的是宽波段的红外黑体源，其发出的光波最好介于1.0～2.5μm。光源16可以有效地以第一透射红外光能装置18将红外光能从光源传播到输入构件20。在优选的实施方案中，第一透射红外光能装置18就是简单地将红外光能经由空气传播到输入构件20，在这种方式下要将光源16放置在输入构件20附近。

传感器元件11的输入构件20优选地是一个光学透镜，它可以将光能汇聚成一个高能量密度的区域。不过，可以理解的是其他的光能聚焦方式也可以和光学透镜共同使用以改变照射范围。例如，多透镜系统、锥形光纤或其它常规光学成形装置都可以用来改变输入光能。

在图1和图2所描述的实施方案中，输出传感器26用于接收由含有待测分析物的组织10反射或透射的光能。如下述分析方法中所描述的，图1的实施方案中输出传感器26接收的是被含有待测分析物的组织10反射的光强，而图2的实施方案中输出传感器26接收的是由含有待测分析物的组织10透射的光强。与输入构件20类似，输出构件26优选地也是一个光学透镜。其它的光学聚集方法也可以用于输出构件26，如采用多透镜系统、锥形光纤或其他光学收集方法，以辅助将光强定向到光谱分析仪30中。

第二透射红外光能装置28与输出构件26有效地连接。通过第二类传播方式28传播的光能直接传入到光谱分析仪30中。在一个优选的实施方案中，与输出构件有效地连接包括将经过反射或透射后由输出构件射出的光能经由空气传播到光谱分析仪30中。为了将射出的光能定向到光谱分析仪中，可以采用单一的或一系列的反射镜。在一个优选的实施方案中，采用了一个镜面控制装置将镜面反射光从漫反射光中分离出来。该装置在审查中的，与本申请有共同受让人的，申请号为08/513,094的专利申请中公开，该申请提交于1995年8月9日，题目为“Improved Diffuse Reflectance Monitoring Apparatus”，该专利申请已于1997年6月10日被授予成为正式专利，美国专利号为5,636,633。上述专利的公开内容在此作为参考被引入本申请中。

在应用本发明的具体方法时，需要在含有待测分析物的组织10上选择一个区域作为分析的位点。该区域可以包括手指、耳垂、前臂的皮肤表面12或其它部位的皮肤表面。应该优先选取附近有血管、相对较为平整、未硬化结茧的皮肤表面。一个优选的取样位置是前臂的内侧。

一定量的折射率匹配介质22(其形态可以是流体或可变形固体)要先置于皮肤12表面待分析的位点处。然后将如图1所示的包括输入构件20和输出构件26的传感器元件11放置到与折射率匹配介质22相接触的位置。也可以先将一定数量的折射率匹配介质22置于传感器元件11上，然后将传感器元件11于皮肤表面相接触，这样折射率匹配介质也是位于两者之间。在任意一种方案中，输入构件20和输出构件26都是通过折射率匹配介质22耦合到含有分析物的组织10或皮肤表面12上。将传感器元件11通过折射率匹配介质22耦合到皮肤表面可以减少穿过空气层或空气间隙所需要的光能。空气层或空气间隙是由于传感器和皮肤表面12的空间或皮肤表面12的不规则形成的。

在分析含有待测分析物组织10的葡萄糖浓度时，由光源16发出的光能通过第一透射红外光能装置18传入到输入构件20。光能接着从输入构件20通过折射率匹配介质22传到皮肤表面12。到达皮肤表面12的光能被皮肤表面12下机体中(即血管中的血液)的各种不同的成分和分析物差异性地吸收。在一个优选的实施方案中，未被吸收的光能再一次通过折射率匹配介质22被反射回输出构件26。然后，这些光能通过第二透射红外光能装置28传到光谱分析仪30中。

在图2的可选实施方案中，输入构件20与第一块皮肤表面12上的第一数量的折射率匹配介质22相接触，同时，输出构件26则与相对位置的皮肤表面14上的第二数量的折射率匹配介质24相接触。与上述的实施方案类似，折射率匹配介质22也可以先放置在输入构件20和输出构件26上，然后再和皮肤表面12接触。在这个可选的实施方案中，通过输入构件20和第一数量的折射率匹配介质22的光能被含有待测分析物的组织10差异性地吸收，同时，一定数量不同波长的光能通过含有待测分析物的组织10到达其背面或第二块皮肤表面14。未被吸收的光能从第二块皮肤表面14通过第二数量的折射率匹配介质24到达输出构件26，然后传入光谱分析仪30中，进行分析物浓度的计算。

如前所述，本发明所采用的折射率匹配介质22是提高上述方法精确性和可重复性的一个关键因素。该折射率匹配介质可以选择为一种含有氯氟烃的流体组合物，也可以是氯氟烃和全氟烃的混合物。一个优选的组合物含有三氟氯乙烯。一个优选的组合物含有约80％～99.8％(重量比)的氯氟烃。如前所述，本发明采用一种折射率匹配流体以优化从含有所关心的待测分析物的样品中入射和出射的光强。从最广义的角度上说，本发明的折射率匹配流体可以是任何一种流体，只要这种流体能够改善简单地把本发明的传感器放在皮肤表面所形成的光学界面状况即可。如果不采用本发明的折射率匹配流体，该界面就会含有空气层，导致入射和出射组织的光线发生不利的折射现象。因此，相对于空气1.0的折射率而言，任何一种折射率匹配流体只要其折射率与组织的折射率1.38接近就可以改善光学界面状况。

申请人还认识到本发明装置的有效性取决于两个方面的有机结合，一个是传感器的可重复性，另一个是测定结果必须是病人体内血糖水平的准确反映。对于后一点，我们发现最好在本发明的折射率匹配流体中含有诊断性添加组分和/或生理性添加组分。通过诊断性添加组分可以评估透镜/组织界面的质量和/或整个设备当时的性能，同时，通过生理性添加组分可以改变组织的生理状态，以校正组织中分析物浓度和血液中分析物浓度的差异。下面对这些添加组分进行讨论。

本发明所提出的无创伤地对组织中葡萄糖浓度的测定可以通过在折射率匹配流体中添加特定组分而得到进一步加强，通过该组分可以在组织和测量装置接触时对流体层的厚度进行估算。在优选的实施方案中，通过添加组分也可以对仪器进行校正，该添加组分含有一种特定的化合物，对特定波长的光波具有已知的高的吸收度。这样的添加组分也可以保证装置中所使用的折射率匹配流体是合适的。

既然折射率匹配流体的使用会引起相应的待测位置组织厚度的变化，因而测定相应的厚度可有助于葡萄糖或其它分析物的整体测定，即将路径长度修正应用到光谱测定中作为待测位置组织厚度的函数。这样可以保证在每次对组织进行光谱测定前都可以得到可重现的、恒定的厚度，进而可以调整其厚度。通过这种方法，使用者就可以确保不会因为匹配流体厚度过厚、折射率匹配流体使用量不足或其它一些对组织表面不适当的处理而出现假的或干扰性的测定结果。

试验用光谱分析仪采用傅立叶变换系统，通过激光基准信号得到所需波长和保证仪器的校正。然而，对于最终用户来说，能够负担的起的分析仪很可能不是使用激光，而是采用色散类型的仪器，如光栅、CCD阵列等。使用这种类型的仪器时，很重要的一点是在每一次分析前都要进行正确的校正。对这一点，我们发现，加入一种对特定已知波长的光波具有良好光谱学特性的添加组分可以确保校正过程的正确进行。

在折射率匹配流体中添加已知光谱活性的添加组分还可以保证最终用户使用与仪器校正和程控对应的恰当折射率匹配流体。使用另一种不同的折射率匹配流体可能会由于其吸收了与特定分析物相关的光能从而造成无创伤分析物测定过程出错。

为了达到上述的可重复性、精确性和质量保证，最好在折射率匹配流体中添加一种光谱活性因子。该因子最好在血液分析物测定所关注的光谱范围以外有尖锐的吸收带。例如，在一个葡萄糖分析的优选实施方案中，添加因子要在4200～4900和5400～7200波数范围以外具有活性。当然，添加因子也可以在这个范围以内具有活性，前提是与计算葡萄糖浓度所需的波长范围没有显著的重叠。添加因子可以通过在全氟碳氢化合物上添加合适的功能基团而得到。全氟碳氢化合物在所关注的范围内是没有光学活性的，不过，所添加的功能基团可能是有光学活性的。进一步地，这些功能基团应该不干扰所关注的血液分析物的分析。示范性的化合物包括全氟-2-丁基四氢呋喃和全氟琥珀酰氯化物。

在一个可选的实施方案中，折射率匹配流体和诊断性添加组分可以由具备两种功能的同一种流体组成。例如，全氟-2-丁基四氢呋喃即能够作为折射率匹配介质提高光学界面状况，同时它也包含了一个功能基团，该基团可以使其在所需的范围内具有光学活性，从而达到诊断的目的。

本发明所用的近红外光能优先用来测定血液分析物，如葡萄糖。然而，光能是视皮肤表面为一整体而作用于其上的，但血管仅占皮肤体积的不到10％。因此，在实际应用中，用皮肤总的葡萄糖含量作为血液中葡萄糖浓度的替代。这种现象在组织葡萄糖浓度和血液中葡萄糖浓度之间有较大的差异的情况下，例如血糖水平快速升高或降低时，会导致产生不准确的试验结果。血液中葡萄糖水平可以在饭后或肝脏产生葡萄糖时剧烈地升高，而皮肤的葡萄糖浓度也会发生相应的但滞后的升高。这种滞后现象是由于葡萄糖扩散到更大的皮肤中水环境所需的有限扩散时间所决定的。这种滞后需要几分钟到数十分钟，具体时间依赖于血糖浓度上升的程度和可进行扩散的毛细血管的表面积大小。我们发现，提高待测区域表皮毛细血管的流动性可以使毛细血管的表面积增大，同时大幅度提高葡萄糖从血管进入皮肤的扩散率。这样就导致平衡时间的显著缩短和由于皮肤葡萄糖浓度和血液中葡萄糖浓度的不平衡带来的测量误差的显著降低，这种不平衡是由于血糖浓度变化造成的。

我们发现局部地使用血管扩张因子可以加速浓度平衡。这些因子通过扩散进入皮肤，阻断向毛细血管供血的细小动脉上的肾上腺素受体。这样就会导致动脉血管扩约肌的扩张，从而减小血流的阻力，增大血压和毛细血管的容积。一些优选的血管扩张因子包括：甲基尼克酰胺、米诺地尔(minoxidil)、硝化甘油、组胺、薄荷醇和辣椒素(capsaicin)。

该混合物也可以含有亲水性添加组分，如异丙醇。亲水性添加组分被认为可以结合皮肤表面的水汽，从而改善介质和皮肤之间的界面状况。进一步地，折射率匹配介质可以含有去污剂以结合取样位点处皮肤上的油脂，从而降低其负面作用。表面活性剂也可以包含在组成中。表面活性剂可以提高组织的润湿程度，从而提高接触效果。最后，折射率匹配介质中还可以加入防腐剂成分。

在本发明的一个可选实施方案中，光学传感器元件和组织之间的折射率匹配可以通过一种可变形的固体来实现。这种可变形的固体材料可以通过改变其形状以减小由于皮肤表面不平整而产生的气泡。可变形固体材料的组成至少包括凝胶、胶布带和可随时间改变形态的物质，这种物质在使用时是液态，经过一定时间后则变成固态。

优选的折射率匹配介质的折射率应介于1.30～1.45，最好在1.35-1.40之间。使用折射率位于上述范围内的折射率匹配介质可以提高上述方法的可重复性和准确性。一般认为该折射率匹配介质的折射率要在整个组成中有高的均一性，以防止光能通过时发生折射。例如，在折射率匹配介质中不能够有气泡存在，否则会使折射率发生间断。

在一个优选的实施方案中，组织中葡萄糖浓度的确定首先是通过测量输出构件接收到的红外光强。然后将这些测定得到的红外光强和一个校正模型结合，利用多变量算法预测组织中葡萄糖的浓度。校正模型经验性地将一系列葡萄糖浓度已知的校正样品的浓度数值和测量上述样品得到的光强变化量联系起来。在一个优选的实施方案中，所使用的多变量算法是部分最小二乘法，尽管也可以选用其他的多变量算法。

由输入传感器元件输入的红外光能通过折射率匹配介质22与含有分析物的样品或血液耦合。之后，将对不同波长红外光波的差异性吸收作为样品组分的函数。差异性吸收现象导致了通过待测组织的红外光能的光强变化。得到的红外光能的光强变化量经过待测样品的反射或透射后被输出传感器元件所接收，该元件也是通过折射率匹配介质22与血液或含有分析物的样品耦合。

本发明的光谱分析仪30优选包括一个频散装置和光电二极管阵列检测器，并与一台微机连接，用于将上述设备接收到的数据和前面讨论过的模型相比较。尽管最好如此，也可以使用其它的方法分析输出的光能数据。

频散装置和光电二极管阵列检测器布置成该阵列包含有多重输出引线，每一个引线都可以分配给光源16所发出的一个特定的波长或一个窄的波长范围。每一个引线上的电压幅度都和入射到阵列上对应检测器的红外光强相当，因为光源的波长和检测器是相关的。通常地，阵列检测器的光电二极管是无源的，与光电池型不同，尽管也可以采用光电池型。阵列检测器的二极管必须用直流电源通过导线供电。阵列检测器二极管元件的阻抗是可变的，它是接收到的入射光强的函数，它和光源16的每一个特定波带对应。阻抗的变化能够使检测器产生对应的不同强度的信号，然后存储到微机的随机存储器中。

微机包括一个存储有一个多变量校正模型的存储器，该模型经验性地将一系列葡萄糖浓度已知的校正样品的浓度数值和测量上述样品得到的在不同波长下光强的变化量关联起来。这样的模型是通过统计学方法构建的。

微机通过应用测量到的光强变化量、校正模型和一个多变量算法来预测含有分析物样品10中的分析物的浓度。计算方法优选地采用部分最小二乘法，该方法是Robinson等人在美国专利号为4,975,581的专利中公开的，该专利在此引入作为参考。

人们发现同时利用光源16发射的整个光谱频率范围中的至少几个波长以获取数据、进行多变量分析可以显著地提高检测精度。利用多变量分析的方法可以进行检测和对干扰进行补偿，这些干扰包括对无意义结果的检测和将许多类型的非线性纳入模型带来的干扰。由于用于导出模型的校正样品已经经过了多变量分析，因而在待测分析物中存在的未知生物物质不会妨碍分析或使分析失真。这是因为这些未知的生物物质同样也存在于用于导出模型的校正样品中。

部分最小二乘算法、校正模型和测量得到的光强变化量被用来在计算机中确定含有待测分析物10的组织中分析物的浓度。计算机计算得到的结果以传统的文字数字的方式显示出来。

                        实例

进行对比试验，以证明在同一台装置上使用折射率匹配介质和不使用折射率匹配介质带来的效果差异。图3是该试验的结果图示。对图3需要做进一步的说明，曲线50代表了没有用折射率匹配介质的试验结果，曲线52记录了在传感器元件和皮肤表面使用折射率匹配介质后带来的精确度的提高。本试验在前臂选取位置进行测定，进行了2分钟的解析数据收集过程。

进行试验所用的设备包括一台Perkin-Elmer(Norwalk，CT)公司的System 2000 Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR)，配有一个直径为4mm的铟锑化物(InSb)的单构件检测器。光源为一个由Gilway Technical Lamp(Wobrun，MA)生产的100瓦石英卤素钨灯。干涉仪采用一台红外透射石英分光镜。数据的收集是通过一台传送机连接到运行着Perkin-Elmer TR-IR软件的微机上。取样光学系统是由自己构建的，部分由审查中的申请08/513,094中描述的光学系统组成。该申请提交于1995年8月9日，题目为“Improved DiffuseReflectance Monitoring Apparatus”，该申请已于1997年6月10日被授予成为正式专利，美国专利号为5,636,633。在两次试验中所有仪器的参数都保持一致。

试验过程如下所述。取样表面由一个MgF₂的半球组成，通过将半球的球面向下，平坦面水平放置对半球进行固定。光线从下方射入半球。半球平坦面、半球的固定架和固定架支持物包含一个水平等高的取样表面。病人的手臂向下放置在这个平面上，以使前臂的内侧和半球的取样平面相接触。前臂区域事先已经经过剃毛以及用肥皂和水清洗，然后涂抹上异丙醇。接着将前臂用血压测量用的袖带覆盖，充气到30毫米汞柱。袖带的作用是保持前臂的位置，防止前臂发生相对于半球的运动。取样表面通过电阻加热元件和热电偶反馈装置保持28摄氏度的恒温。将手臂放置在装置上后，取样前先进行30秒的平衡过程。

在图3中，标记为50的上部迹线显示了如上所述的在取样时不使用折射率匹配介质情况下得到的试验结果。在标记为52的底部迹线的试验中，先将100毫升的三氟氯乙烯置于采样半球的平面上，然后再将前臂放上去。这两者之间有几处显著的差别。最明显的是数据的分布情况，50和52两根迹线都包含了多重的光谱信息，使用了FLUOROLUBE后，得到的所有的光谱图彼此几乎重合，这说明界面是非常稳定的；不使用FLUOROLUBE，界面则是非常不稳定的。同样，在5200cm^-1波数附近的数据也是非常显著的，这是水的强吸收带。不使用FLUOROLUBE，这条区带就因为受到镜面反射光的影响而变弱。实际上，这条区带数据的离散情况也是最严重的。实际上，这两条迹线的差别很大程度上是由于镜面反射的光能产生的影响。

本文件所提及的本发明的新特点和优势在前面已经进行了论述。可以理解的是，本文件所公开的内容在很多方面都是仅起说明作用的。在不超出本发明保护范围的前提下，具体应用时可能会有所改动，特别是形状、体积和部件的安排。本发明的保护范围以文字形式在权利要求书中进行了详细说明。

Claims (14)

1.一种无创伤测定人类组织中血液分析物浓度的方法，该方法包含如下步骤：

提供一台用于测定红外吸收的设备，该设备包含一台光源发射装置，能够发射多波长的红外光能，所述多波长包括与分析物浓度相关的特定波长，这些波长的红外光波能够被该分析物吸收；该光源装置有效地与一个输入构件连接，该设备还包括一个与一台光谱分析仪有效连接的输出构件；

提供一种折射率匹配介质，该介质在与分析物相关的波长范围对红外光能吸收很少，该介质折射率介于1.30～1.45，并且其中所述折射率匹配介质包含全氟烃和氯氟烃的混合物，将一定数量该介质置于待测人类组织与上述输入构件和输出构件之间，使这些构件和含有分析物的组织通过该折射率匹配介质耦合起来；以及

通过上述输入构件用多波长的红外光能照射该组织，以便在至少部分上述波长范围内产生差异性吸收；以及

通过上述输出构件收集至少一部分未被吸收的红外光能，用于分析吸收特性以及随后利用一种算法和模型计算血液分析物的浓度。

2.如权利要求1的方法，其中所述的输入构件和输出构件合并为一个单传感器元件。

3.如权利要求1的方法，其中所述的折射率匹配介质的折射率与被红外光能照射的组织的折射率相匹配。

4.如权利要求1的方法，其中所述的全氟烃选自：全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟琥珀酰氯化物和它们的混合物。

5.如权利要求1的方法，其中所用的折射率匹配介质还包含一种血管扩张因子。

6.如权利要求5的方法，其中所述的血管扩张因子选自：甲基尼克酰胺、米诺地尔、硝化甘油、组胺、薄荷醇、辣椒素和它们的混合物。

7.一种无创伤测定人类组织中血液分析物浓度的方法，该方法包含如下步骤：

提供一台用于测定红外吸收的设备，该设备包含一台光源发射装置，能够发射多波长的红外光能，所述多波长包括与分析物浓度相关的特定波长，这些波长的红外光波能够被该分析物吸收；该光源装置有效地与一个输入构件连接，该设备还要包括一个与一台光谱分析仪有效连接的输出构件；

提供一种折射率匹配介质，该折射率匹配介质包含一种氯氟烃多聚物和一种全氟烃多聚物，该氯氟烃多聚物在上述特定波长范围基本无光谱学活性，将一定数量该介质置于待测人类组织与上述输入构件和输出构件之间，使这些构件和含有分析物的组织通过该折射率匹配介质耦合起来；以及

通过上述输入构件用多波长的红外光能照射该组织，以便在至少部分上述波长范围内产生差异性吸收；以及

通过上述输出构件收集至少一部分未被吸收的红外光能，用于分析吸收特性以及随后利用一种算法和模型计算血液分析物的浓度。

8.如权利要求7的方法，其中所述的输入构件和输出构件合并为一个单传感器元件。

9.如权利要求7的方法，其中所述的折射率匹配介质的折射率与被红外光能照射的组织的折射率相当匹配。

10.如权利要求7的方法，其中所述的全氟烃多聚物选自：全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟琥珀酰氯化物和它们的混合物。

11.如权利要求7的方法，其中所述的折射率匹配介质还包含一种血管扩张因子。

12.如权利要求11的方法，其中所述的血管扩张因子选自：甲基尼克酰胺、米诺地尔、硝化甘油、组胺、薄荷醇、辣椒素和它们的混合物。

13.一种流体组合物，该流体组合物在测定肌体皮肤表面下的组分对特定多重波长红外光能的吸收时，提供了一个位于该皮肤表面和光谱传感器元件之间的光学界面，该流体组合物包括：

约80％～99.8％的氯氟烃多聚物；以及

约0.2％～20％的诊断性添加组分，其在除所述特定波长之外的波长处表现出尖锐的吸收。

14.根据权利要求13的流体组合物，其中的诊断性添加组分选自：全氟-2-丁基四氢呋喃、全氟琥珀酰氯化物和它们的混合物。